+ All Categories
Home > Documents > SROVNÁVACÍ FYZIOLOGIE OBRATLOVCŮ · 2010-05-06 · a srdeční svalovina) kde je dále oxidován...

SROVNÁVACÍ FYZIOLOGIE OBRATLOVCŮ · 2010-05-06 · a srdeční svalovina) kde je dále oxidován...

Date post: 03-Feb-2020
Category:
Upload: others
View: 1 times
Download: 0 times
Share this document with a friend
40
E-mail: [email protected] Tel: 532 146 223 SROVNÁVACÍ FYZIOLOGIE OBRATLOVCŮ (Podpořeno FRVŠ 1555/2009)
Transcript
Page 1: SROVNÁVACÍ FYZIOLOGIE OBRATLOVCŮ · 2010-05-06 · a srdeční svalovina) kde je dále oxidován na další anaerobní produkty jako je etanol nebo mastné kyseliny. Předpokládá

E-mail: [email protected]

Tel: 532 146 223

SROVNÁVACÍ FYZIOLOGIE OBRATLOVCŮ

(Podpořeno FRVŠ 1555/2009)

Page 2: SROVNÁVACÍ FYZIOLOGIE OBRATLOVCŮ · 2010-05-06 · a srdeční svalovina) kde je dále oxidován na další anaerobní produkty jako je etanol nebo mastné kyseliny. Předpokládá

VNĚJŠÍ a VNITŘNÍ PROSTŘEDÍ

Vnější prostředí:

atmosféra

procentuální zastoupení jednotlivých plynů

barometrický tlak (poměrný tlak jednotlivých plynů je konstantní)

teplota, záření

voda

salinita (osmomolarita), iontové složení, Na+, Cl-, Ca2+, Mg2+, SO42-

obsah rozpuštěných plynů, zejména 02 a CO2 + H2O <-> H+ + HCO3-

(voda je přirozeně slabě alkalická, je však pufrovaná H+ ionty za vzniku HCO3-)

teplota

hydrostatický tlak

koncentrace molekul => koncentrační gradienty, rychlost chem. reakcí

teplota => rychlost chemických reakcí a tekutost lipidů (stabilita

membrán)

tlak => mechanický stres

proudění ~ tepelná i látková výměna

záření ~ chemické reakce

1. ÚVOD

Page 3: SROVNÁVACÍ FYZIOLOGIE OBRATLOVCŮ · 2010-05-06 · a srdeční svalovina) kde je dále oxidován na další anaerobní produkty jako je etanol nebo mastné kyseliny. Předpokládá

Vnitřní prostředí:

Extracelulární (mezibuněnčné) x Intracelulární (uvnitř buněk)

Všichni obratlovci aktivně (dynamická rovnováha) regulují parametry svého

vnitřního prostředí a zachovávají ho tak prakticky konstantní – toto udržování

stabilního vnitřního prostředí se nazývá homeostáze. Nejpozději vyvinutí

živočichové, jako jsou savci a ptáci, regulují homeostázi nejdokonaleji

(nejkomplikovaněji).

Homeostáze nemusí být ale přesně regulována pouze fyziologickými

mechanismy, ale i vnějším prostředím.

Např. některé ryby žijící v ledovém oceánu antarktidy mají stejnou teplotu těla jako

okolní voda (-1,9 oC). Jak teplota vody, tak jejich těl se nemění v průběhu roku o více

jak 1 oC, což je srovnatelné či méně než teplota lidského těla v průběhu dne.

Zachovat stabilní všechny parametry nemusí být u různých druhů stejně

důležité, např. teplota.

Page 4: SROVNÁVACÍ FYZIOLOGIE OBRATLOVCŮ · 2010-05-06 · a srdeční svalovina) kde je dále oxidován na další anaerobní produkty jako je etanol nebo mastné kyseliny. Předpokládá

Vedle homeostáze existuje ještě enantiostasis, což je stav kdy je funkce

zachována změnou několika fyziologických proměných.

Př. Někteří krabi při přenosu z mořské vody do brakické sníží koncentraci iontů a

osmotický tlak svých tělních tekutin, tím se zvýšení hladiny amoniaku a tím pádem i

pH jeho hemolymfy. A ačkoliv za nízké koncentrace solí v hemolymfě jejich

respirační barvivo (hemocyanin) má nižší afinitu ke kyslíku, tak vyší pH tuto afinitu

zvyšuje a celkově tak zůstane úroveň transportu kyslíku hemolymfou během

přenosu z mořské vody do brakické nezměněna.

koncentrace iontů v hemolymfě (~osmotický tlak)závisí na koncentraci iontů ve vnějším prostředí

afi

nit

a O

2k h

em

ocyan

inu

v h

em

oly

mfě

pH hemolymfy

afinita O2 x koncetraci iontů v hemolymfě

afinita O2 x pH hemolmfy

relativně stabilní afinita O2

k hemocyaninu

Page 5: SROVNÁVACÍ FYZIOLOGIE OBRATLOVCŮ · 2010-05-06 · a srdeční svalovina) kde je dále oxidován na další anaerobní produkty jako je etanol nebo mastné kyseliny. Předpokládá

ADAPTACE

Adaptace – evoluční adaptace

-> výsledkem jsou možnosti fyziologické adaptace, rozsah (plasticita) tolerance

a rezistence

-> cílem pak přežít a mít potomky (fitness)

-> jednotlivé vlastnosti nemusí vždy vypadat jako nejlepší řešení, je třeba zachovat

jejich celkovou souhru

-> všichni obratlovci jsou relativně velcí

živočichové (v dospělosti > 10g), z toho

plyne i jejich značná strukturní složitost

a nutnost kvalitního řízení

– neuroendokrinní systém s centrální

jednotkou (integrace vnějších a vnitřních

signálů)

Convergence tvarů

Page 6: SROVNÁVACÍ FYZIOLOGIE OBRATLOVCŮ · 2010-05-06 · a srdeční svalovina) kde je dále oxidován na další anaerobní produkty jako je etanol nebo mastné kyseliny. Předpokládá

Užívané předpony

poikilo –, veličina se mění

homeo -, veličina se nemění

Př. s tělní teplotou: V obou případech se může uplatňovat jak regulace

(aktivně řízeno organismem), tak přizpůsobení vnějšímu prostředí. Člověk je

homeotermní s termoregulací, ryby antarktických vod jsou homeotermní

přizpůsobením se danému prostředí. Tyto předpony tedy nevypovídají o

fyziologické regulaci dané veličiny. Člověk je však endotermní a většina ryb

ektotermní.

ekto -, vnější

ento -, vnitřní

eury -, široká míra tolerance pro danou veličinu

steno -, úzká míra tolerance pro danou veličinu

Page 7: SROVNÁVACÍ FYZIOLOGIE OBRATLOVCŮ · 2010-05-06 · a srdeční svalovina) kde je dále oxidován na další anaerobní produkty jako je etanol nebo mastné kyseliny. Předpokládá

Tolerance x Rezistence

tolerance - rozpětí parametrů prostředí, kdy organismus přežívá

rezistence – rozpětí parametru prostředí mezi dolní a horní hranicí tolerance

a okamžitou smrtí jedince

Př. : Tolerance a rezistence pstruha na teplotu vody

Page 8: SROVNÁVACÍ FYZIOLOGIE OBRATLOVCŮ · 2010-05-06 · a srdeční svalovina) kde je dále oxidován na další anaerobní produkty jako je etanol nebo mastné kyseliny. Předpokládá

Aklimatizace – posunutí hranic tolerance, např. v důsledku sezóních změnAklimace – aklimatizace v kontrolovaných laboratorních podmínkách (často změna jen jednoho parametru)

Př.: Polygon teplotní tolerance pstruha

aklimovaného na různou teplotu

v rozsahu 0 – 24°C.

Fyziologická adaptace – aklimatizace (+ aklimace)

Page 9: SROVNÁVACÍ FYZIOLOGIE OBRATLOVCŮ · 2010-05-06 · a srdeční svalovina) kde je dále oxidován na další anaerobní produkty jako je etanol nebo mastné kyseliny. Předpokládá

Srovnání počtu druhů u jednotlivých živočišných skupin

(v tisících)

Obratlovci – 3,7%

Bezobratlí – 96,3%

Členovci – 86%

Page 10: SROVNÁVACÍ FYZIOLOGIE OBRATLOVCŮ · 2010-05-06 · a srdeční svalovina) kde je dále oxidován na další anaerobní produkty jako je etanol nebo mastné kyseliny. Předpokládá

Fylogenetická četnost jednotlivých skupin obratlovců

Page 11: SROVNÁVACÍ FYZIOLOGIE OBRATLOVCŮ · 2010-05-06 · a srdeční svalovina) kde je dále oxidován na další anaerobní produkty jako je etanol nebo mastné kyseliny. Předpokládá

2. ENERGETIKA & METABOLIZMUS

- soustavný tok energie, zajišťující dostatek univerzálního energetického

přenašeče a donoru – ATP využívaném v celkovém metabolismu

=> zajištění membránových gradientů (Na/K, Ca2+ pumpy), pohybu,

metabolismu proteinů, sacharidů, lipidů,....+ produkce tepla

- část chemické energie je uchovávána také v ADP, AMP a creatin fosfátu

- metabolismus všech obratlovců je závislý na kyslíku a chemické energii

získané oxidací vhodných substrátů - aerobní metabolismus.

Aerobním metabolismem je vytvářeno 95 % ATP (mitochondrie)

Anaerobní metabolismu tvoří jen 5% ATP (v cytoplasmě buněk)

Page 12: SROVNÁVACÍ FYZIOLOGIE OBRATLOVCŮ · 2010-05-06 · a srdeční svalovina) kde je dále oxidován na další anaerobní produkty jako je etanol nebo mastné kyseliny. Předpokládá

Základní schéma energetického metabolismu buňky

(AEROBNÍHO)

Page 13: SROVNÁVACÍ FYZIOLOGIE OBRATLOVCŮ · 2010-05-06 · a srdeční svalovina) kde je dále oxidován na další anaerobní produkty jako je etanol nebo mastné kyseliny. Předpokládá

GLYKOLÝZA(Embden-Meyerhofova dráha)

substrát glukóza

produkt pyruvát ~> laktát

laktát inhibuje glykolýzu

nespotřebovává se kyslík

=> anaerobní proces

neprodukuje se CO2

1xglukóza + 2xATP => 2xpyruvát (laktát) + 4xATP + 2xNADH + 2xH+ (-2x NADH + 2x H+)

Page 14: SROVNÁVACÍ FYZIOLOGIE OBRATLOVCŮ · 2010-05-06 · a srdeční svalovina) kde je dále oxidován na další anaerobní produkty jako je etanol nebo mastné kyseliny. Předpokládá

Krebsův (citrátový) cyklus

1xATP + 3xNADH + 1xFADH

Page 15: SROVNÁVACÍ FYZIOLOGIE OBRATLOVCŮ · 2010-05-06 · a srdeční svalovina) kde je dále oxidován na další anaerobní produkty jako je etanol nebo mastné kyseliny. Předpokládá

Krebs. cyklus => dostatek NADH a FADH

pro tvorbu protonového gradientu

v mitochondriích jako pohonu ATPsyntáz

Page 16: SROVNÁVACÍ FYZIOLOGIE OBRATLOVCŮ · 2010-05-06 · a srdeční svalovina) kde je dále oxidován na další anaerobní produkty jako je etanol nebo mastné kyseliny. Předpokládá

Schéma zapojení proteinů a lipidů

v jednotlivých krocích energetického

metabolismu

Page 17: SROVNÁVACÍ FYZIOLOGIE OBRATLOVCŮ · 2010-05-06 · a srdeční svalovina) kde je dále oxidován na další anaerobní produkty jako je etanol nebo mastné kyseliny. Předpokládá

Lipidy jako substrát pro energetický metabolismus

triglyceridy

glycerol mastné kyseliny

glykolýza

b-oxidace

Page 18: SROVNÁVACÍ FYZIOLOGIE OBRATLOVCŮ · 2010-05-06 · a srdeční svalovina) kde je dále oxidován na další anaerobní produkty jako je etanol nebo mastné kyseliny. Předpokládá

Aminokyseliny (proteiny) jako substrát pro energetický metabolismus

Page 19: SROVNÁVACÍ FYZIOLOGIE OBRATLOVCŮ · 2010-05-06 · a srdeční svalovina) kde je dále oxidován na další anaerobní produkty jako je etanol nebo mastné kyseliny. Předpokládá

ANAEROBNÍ METABOLIZMUS

Nedostatek kyslíku: hypoxie ---> anoxie

(nejen nedostatek v prostředí, ale i v tkáních např. v důsledku větší spotřeby kyslíku při zvýšené námaze)

=> alternativní metabolické dráhy

Samotná glykolýza je nejvýznamnější dráha anaerobní syntézy ATP u obratlovců

- neodbouraný pyruvát je snadno přeměněn na laktát, vysoká koncentrace laktátu

způsobuje akumulaci pyruvátu a tím zastavení glykolýzy.

=> pro co největší využití nutná schopnost odbourat laktát

nebo zvýšit rezistenci k jeho vysoké koncentraci

Page 20: SROVNÁVACÍ FYZIOLOGIE OBRATLOVCŮ · 2010-05-06 · a srdeční svalovina) kde je dále oxidován na další anaerobní produkty jako je etanol nebo mastné kyseliny. Předpokládá

A. U některých ryb (kaprovití) prokázána schopnost metabolizovat acetyl-CoA

na acetát –> acetaldehyd -> etanol

Obratlovci obecně malé možnosti ve využití anaerobních metabolických drah

pro celkovou produkci energie

(nejlépe vyvinuto pravděpodobně u ryb)

acetate thiokinaze

Page 21: SROVNÁVACÍ FYZIOLOGIE OBRATLOVCŮ · 2010-05-06 · a srdeční svalovina) kde je dále oxidován na další anaerobní produkty jako je etanol nebo mastné kyseliny. Předpokládá

Obraty klíčových látek anaerobní glykolýzy v tkáních karase

Svaly / mozek

glukóza -> LAKTÁT

Játra

LAKTÁT ->-> EtOHLAKTÁT ->> glukóza -> glykogen

(Coriho cyklus)

Žábry

+

Povrch těla

Vnější

prostředí

EtOH

LAKTÁT(krevním oběhem)

EtOH

Vnitřní

prostředí

(krevním oběhem)

Glu

kóza

(kre

vn

ím o

během

)

aerobně

anaerobně

Page 22: SROVNÁVACÍ FYZIOLOGIE OBRATLOVCŮ · 2010-05-06 · a srdeční svalovina) kde je dále oxidován na další anaerobní produkty jako je etanol nebo mastné kyseliny. Předpokládá

B. Různé koncové metabolity

- succinát

- lipidy (elongace acetylCoA)

- amoniak (deaminace aminokyselin ve spřažených reakcích)

R-NH2 + NAPH+ + H2O -> R-OH + NADPH/H+ + NH3*)

lipidy

*) Vázáno na možnost vyloučit amoniak do vnějšího (vodního) prostředí.

Page 23: SROVNÁVACÍ FYZIOLOGIE OBRATLOVCŮ · 2010-05-06 · a srdeční svalovina) kde je dále oxidován na další anaerobní produkty jako je etanol nebo mastné kyseliny. Předpokládá

C. Variabilita koncentrace enzymů glykotýzy a Krebsova cyklu a rezistence

ke zvýšené koncentraci laktátu v červených a bílých svalových fibrilách.

červená svalovina / pomalá

- převažují menší tmavé fibrily

s množstvím mitochondrií

a myoglobinu

- vytrvalost a stabilita

bílá svalovina / rychlá

- převažují větší bílé fibrily

s menším množstvím mitochondrií

a myoglobinu

- rychlé kontrakce

- vysoká ATPasová a glykolytická aktivita

ale malé zásoby a rychle se unaví

Arapaima x tuňák (Euthynnus)

BF ČF BF ČF

Anaerobní

pyruvát kináza 103 134 1295 195

Lactát dehydrogenáza 260 263 5492 514

Aerobní

citrát syntáza 1,7 3,3 2,1 20,6

malát dehydrogenáza 140 221 718 723

glutamát dehydrogenáza 1,3 3,1 3,0 5,9

glutamát-oxaloacetát

transamináza 11,2 54,4 43 102

jednotky enzymové aktivity

Page 24: SROVNÁVACÍ FYZIOLOGIE OBRATLOVCŮ · 2010-05-06 · a srdeční svalovina) kde je dále oxidován na další anaerobní produkty jako je etanol nebo mastné kyseliny. Předpokládá

Kreatin fosfát -1,73 -12,90

ATP -0,87 -2,60

Glykogen -1,70 -22,80

Glukóza -0,13 +2,01

Glukóza-6-fosfát +0,41 +2,30

Fruktóza-6-fosfát -0,21 -0,45

Fruktóza-1,6-fosfát -0,06 -0,34

Di(OH)acetonfosfát -0,05 -0,02

Glyceraldehyd-3-fosfát -0,04 -0,01

Citrát +0,08 -0,05

a-Ketoglutarát -0,02 -0,07

Malát +0,13 +0,12

Laktát +5,9 +70,95

Změny v koncentraci metabolitů v červené a bílé svalovině

po nástupu svalové aktivity tuňáka(mM na g živé váhy)

Periferní tkáně s menším prokrvením a nižším krevním tlakem, (např. bílá svalovina) produkují zejména laktát,

ten pak difunduje do tkání s větším prokrvením a tím i snadnější dostupností kyslíku (např. játra, červená

a srdeční svalovina) kde je dále oxidován na další anaerobní produkty jako je etanol nebo mastné kyseliny.

Předpokládá se, že v játrech jsou tyto pochody navíc spřaženy a anaerobním metabolismem aminokyselin.

Page 25: SROVNÁVACÍ FYZIOLOGIE OBRATLOVCŮ · 2010-05-06 · a srdeční svalovina) kde je dále oxidován na další anaerobní produkty jako je etanol nebo mastné kyseliny. Předpokládá

Ostatní obratlovci (obojživelníci, plazi, ptáci a savci) jsou odkázáni prakticky pouze

na energii z glykolýzy. Jiné koncové produkty než laktát (např. sukcinát, alanin, etanol) se objevují

jen v minimální míře.

Schéma metabolismu substrátů na koncové produkty

v průběhu anaerobního metabolismu vyších obratlovců

glukóza laktát+ 2xATP

- 6xATP

Page 26: SROVNÁVACÍ FYZIOLOGIE OBRATLOVCŮ · 2010-05-06 · a srdeční svalovina) kde je dále oxidován na další anaerobní produkty jako je etanol nebo mastné kyseliny. Předpokládá

Změny v zastoupení jednotlivých metabolitů

v krvi tuleně (mM) před a po potopení

mM před potopením po potopení změna

Aspartát 96 73 -23

a-Ketoglutarát 200 110 -90

Succinát 40 280 +240

Alanin 300 650 +350

Laktát 90 000 160 000 +70 000

U těchto ploutvonožců bylo také zjištěno využívání metabolismus aminokyselin k zisku energie,

odhaduje se však že jeho energetický přínos představuje 1-2% energie získané anaerobně,

většina energie je získána z glykolýzy.

Koncentrace laktátu

v krvi (mM) Navýšení

koncentrace

laktátu

Zisk

ATP + NADH

(mM)

ATP tuleň

/

ATP člověknormal potopení/

aerobní práh

tuleň 90 160 1.8x 70 + 70 11.5x

člověk 2 8 4.0x 6 + 6

Page 27: SROVNÁVACÍ FYZIOLOGIE OBRATLOVCŮ · 2010-05-06 · a srdeční svalovina) kde je dále oxidován na další anaerobní produkty jako je etanol nebo mastné kyseliny. Předpokládá

Srovnání hladin laktátu v jednotlivých tkáních, zásob glykogenu a pH krve

u neaktivní a vysílené žáby (Xenopus laevis)

neaktivní vysílená

Jaterní glykogen (g%) 10,4 9,3

Svalový glykogen

(Gastrocnemius, g%) 1,8 0,7

Celkový laktát (mg%) 11 213

Laktát v krvi (mg%) 42 177

Laktát v játrech (mg%) 29 144

Laktát ve svalu

(Gastrocnemius, mg%) 98 289

pH krve 7,62 6,89

Page 28: SROVNÁVACÍ FYZIOLOGIE OBRATLOVCŮ · 2010-05-06 · a srdeční svalovina) kde je dále oxidován na další anaerobní produkty jako je etanol nebo mastné kyseliny. Předpokládá

Někteří obojživelníci a plazi dlouhodobě snášejí hypoxii / anoxii, což je dáno velkou

tolerancí k vysokým koncentracím laktátu v tkáni, a to zejména tolerancí k narušení

acidobasické rovnováhy, která vede až k uvolňování Ca2+ iontů z kostí do plasmy.

Želva (Chrysemys) ponořená 180 dní do vody

sycené N2.

normoxie anoxie

laktát v krvi ~50mM >200mM

Ca2+ v plasmě 4mM >120mM

Až 2/3 Ca2+ jsou vázány na laktát. Předpokládá se, že takto vysoká koncentrace

Ca2+ v plasmě ovlivňuje i přenos nervového vzruchu a regulaci kontrakce svaloviny

(U této želvy in vitro prokázáno, že zvýšení hladiny Ca2+ zvyšuje srdeční kontrakci).

Page 29: SROVNÁVACÍ FYZIOLOGIE OBRATLOVCŮ · 2010-05-06 · a srdeční svalovina) kde je dále oxidován na další anaerobní produkty jako je etanol nebo mastné kyseliny. Předpokládá

Pro obratlovce (zejména vyší) je jediným významným zdrojem energie za anearobních podmínek

glykolýza. Limitujícím faktorem pro její plné využití je hromadění laktátu, který

a) inhibuje vlastní glykolýzu

b) narušuje acidobasickou rovnováhu organismu.

Laktát se akumuluje při svalové práci (nedostatečně rychlý přísun kyslíku) a nebo během hypoxie

a anoxie. K odbourání laktátu jsou pak nutné aerobní podmínky, kromě svaloviny je velká část

laktátu odbourává a nebo přeměňuje zpět na glukózu (Coriho cyklus) v játrech a vrací se krevním

oběhem zpět do mozku a svalů. U člověka je hladina laktátu v krvi relativně stabilní až do 70%

pracovní zátěže (anaerobní / hyperlaktemnický práh (threshold)) , se zvyšující zátěží se pak

hladina laktátu lineárně zvyšuje.

Srovnání klidové spotřeby kyslíku, produkce laktátu při aktivitě

a čas potřebný k jeho odbourání

mlok potkan

Aerobní metabolismus

ml O2 za hodinu 3,9 120

mmoly ATP za hodinu 1,09 (3,58) 33,6 (3,57)

Anaerobní metabolismu

akumulovaný laktát (mg) 153 90

ATP z laktátu (mmoly) 2,6 (58,85) 1,5 (60,00)

Aerobní odbourání laktátu

ATP z odbouraného laktátu (mmoly) 30,6 18

potřebný čas (minuty) 1680 32

Page 30: SROVNÁVACÍ FYZIOLOGIE OBRATLOVCŮ · 2010-05-06 · a srdeční svalovina) kde je dále oxidován na další anaerobní produkty jako je etanol nebo mastné kyseliny. Předpokládá

3. CELKOVÁ ENERGETIKA & METABOLIZMUS

O2 CO2

teplo

Chemická energie- Teplo

- Chemická energie

- Práce

Respirační kv(q)ocient – RQ

vydaný CO2 na přijatý O2

cukry – 1

lipidy – 0,7

proteiny – 0,84 (je třeba započítat i dusík)

Přímá a nepřímá

kalorimetrie

Page 31: SROVNÁVACÍ FYZIOLOGIE OBRATLOVCŮ · 2010-05-06 · a srdeční svalovina) kde je dále oxidován na další anaerobní produkty jako je etanol nebo mastné kyseliny. Předpokládá

Přijmutá chemická energie

(ChE)

Absorbovaná

chemická energie

Vyloučená chemická

energie (fecal)

ChE

vyloučená močí,

kůží, sekrety atd.

ChE

uložená do staby/růstu

organismu

Provoz

cirkulace,

respirace,

peristaltika střev atd.

(Energie vnitřní práce)

Vnější práce

Teplo

Page 32: SROVNÁVACÍ FYZIOLOGIE OBRATLOVCŮ · 2010-05-06 · a srdeční svalovina) kde je dále oxidován na další anaerobní produkty jako je etanol nebo mastné kyseliny. Předpokládá

- Se zvyšující se složitostí, se zvyšují

i energetické nároky

- Metabolismus je úměrný celkovému

povrchu (skok z jednobuněčných

k mnohobuněčným organismům)

jednobuněční (1m, pro krychli)

povrch – 6m2 ( 6 x 1 x 1)

mnohobuněční (1m, pro krychli, 1000 buněk)

povrch – 60m2 (1000 x (6 x 0,1 x 0,1))

=> ~ 10x (9,8x) vetší metabolismus

- Nárůst u endotermů je dán i dalšími faktory

Srovnání spotřeby O2 (intenzita metabolismu) a velikosti těla u různých skupin organismů3 hlavní kategorie organismů – jednobuněnční, mnohobuněnční ektotermové a endotermové

Page 33: SROVNÁVACÍ FYZIOLOGIE OBRATLOVCŮ · 2010-05-06 · a srdeční svalovina) kde je dále oxidován na další anaerobní produkty jako je etanol nebo mastné kyseliny. Předpokládá

Jedním z nejklíčovějších parametrů korelujících s intenzitou metabolizmu

je celková plocha membrán mitochondrií. I při podobné morfologii

a biochemizmu mají savci o něco větší

(i plocha crist) a četnější mitochondrie

něž ostatní endotermové. Proporcionální

zastoupení v jednotlivých tkáních/

orgánech je si ale celkově velice

podobné.

Proporce mezi spotřebou kyslíku,

velikostí těla a plochou mitochondriálních

membrán pro různé tkáně (plíce, mozek,

srdce, ledviny, játra, kosterní svaly)

u savců.

Page 34: SROVNÁVACÍ FYZIOLOGIE OBRATLOVCŮ · 2010-05-06 · a srdeční svalovina) kde je dále oxidován na další anaerobní produkty jako je etanol nebo mastné kyseliny. Předpokládá

Srovnání tělní teploty, velikosti orgánů, standardního / basálního metabolismu

celkového a jater, a náročnosti jaterního Na+ transportu

u ještěrky (A. nuchalis) a myši (M. musculus).

ještěrka myš poměr

myš/ještěrka

hmotnost těla (g) 34,3 32,1 1,1

teplota těla (°C) 37,0 36,8 1,0

velikost jater (% celkem) 10,7 20,7 1,9

velikost ledvin (% celkem) 1,9 5,9 3,1

velikost srdce (% celkem) 1,1 2,8 2,5

velikost mozku (% celkem) 1,7 5,5 3,3

VO2 (ml O2 / g h)

celkem 0,2 1,62 8,1

játra (in vitro, per gram) 0,9 4,59 5,1

Na+ transport (in vitro, per gram) 0,22 1,97 9,0

objem mitochondrií (%) 12,4 16,0 1,3

mitochondriální povrchy

total (m2) 3,4 10,2 3,0

cristae (m2/g) 15,5 22,9 1,5

vnitřek (m2/g) 0,79 1,34 1,7

cytochrom oxidáza 11,2 30,0 2,7

(nmol O2 /mg min)

Page 35: SROVNÁVACÍ FYZIOLOGIE OBRATLOVCŮ · 2010-05-06 · a srdeční svalovina) kde je dále oxidován na další anaerobní produkty jako je etanol nebo mastné kyseliny. Předpokládá

Celkově je intenzita metabolizmu lineárně

úměrná velikosti organismu

relativně, však menší organismy mají

intenzitu metabolismu vyšší.

Pro konstitutivně endotermní organismy jsou ~1.5 - 2g

pravděpodobně mezní hmotností pro zachování

homeostáze (netopýrek thajský, bělozubka nejmenší

a kolibřík (Mellisuga helenae)).

Page 36: SROVNÁVACÍ FYZIOLOGIE OBRATLOVCŮ · 2010-05-06 · a srdeční svalovina) kde je dále oxidován na další anaerobní produkty jako je etanol nebo mastné kyseliny. Předpokládá

watt / kg

Intenzita bazálního

a standardního

metabolismu u ekto-

a endotermních

obratlovců

normální normální metabolizmus

teplota (°C) metabolismus při 38 °C (korekce)

Savci 38 3,34 3,34

ježura Zaglossus 32 0,86 1,53

ježura Tachyglossus 32 0,98 1,81

ptakopysk Ornithorhynchus 32 2,21 3,8

Edentata 33 1,69 2,66

Marsupialia 35 2,37 3,00

Insectivora (primitivní) 35 2,76 3,63

zlatokrt 35 2,86 3,76

bělozubky 36 6,7 8,0

rejsci 38 13,4 13,4

Ptáci

nelétaví/běžci 37 2,10 2,31

ptáci obecně 40 4,05 3,37

pěvci 41 7,40 5,62

Plazi

želvy 20 0,15 0,58

ještěři 30 0,40 1,02

hadi 30 0,48 1,02

krokodýli 23 0,29 1,06

Obojživelníci

beznozí (červoři) 25 0,15 0,25

mloci 20 0,06 0,33

bezplicí mloci 20 0,07 0,36

žáby 20 0,21 1,07

Page 37: SROVNÁVACÍ FYZIOLOGIE OBRATLOVCŮ · 2010-05-06 · a srdeční svalovina) kde je dále oxidován na další anaerobní produkty jako je etanol nebo mastné kyseliny. Předpokládá

savci mají schopnost zvýšit metabolismus (spotřeba O2 při maximální

aktivitě oproti spotřebě O2 pro bazální metabolismus)

- < 4 kg, ~ 8.3x

- větší savci (pes, člověk, kůň) ~ 11.5x

ektotermové mají schopnost zvýšit metabolismus 5 – 10x

Intenzita metabolismu x aktivita organismu

Intenzita metabolismu u ropuchy Bufo boreas

v klidu a v průběhu aktivity v závislosti na její velikosti

Page 38: SROVNÁVACÍ FYZIOLOGIE OBRATLOVCŮ · 2010-05-06 · a srdeční svalovina) kde je dále oxidován na další anaerobní produkty jako je etanol nebo mastné kyseliny. Předpokládá

Metabolismus obratlovců je

limitován dostupností kyslíku

a energetických zdrojů

(a enzymovou kapacitou)

Nástup aktivity a zastoupení

anaerobního a aerobního

metabolismu u člověka.

produkce ATP mmol / g min

aktivita aerobně anaerobně celkově % anaerobně

Savci

hraboš 30 sec 23,2 12,6 35,8 35 %

Hadi

chřestýš 5 min 2,1 3,2 5,4 60%

Ještěrka

Aniella 2 min 2,0 7,1 9,2 78%

Obojživelníci

skokan 3 min 2,9 0,8 3,7 21%

Page 39: SROVNÁVACÍ FYZIOLOGIE OBRATLOVCŮ · 2010-05-06 · a srdeční svalovina) kde je dále oxidován na další anaerobní produkty jako je etanol nebo mastné kyseliny. Předpokládá

Poměry mezi prací (watt) aerobním

metabolismem (spotřeba O2),

koncentrací laktátu v krvi a respirací

u atleta.Anaerobní práh / treshhold

u varana (V. exanthematicus).

Nástup anaerobního prahu u člověka a varana.

Page 40: SROVNÁVACÍ FYZIOLOGIE OBRATLOVCŮ · 2010-05-06 · a srdeční svalovina) kde je dále oxidován na další anaerobní produkty jako je etanol nebo mastné kyseliny. Předpokládá

Závislost intenzity metabolismu a teploty prostředí

Intenzita metabolismu se mění i s příjmem potravy (dostupnost substrátů)

a s dostupností kyslíku:

a) metaboličtí regulátoři (většina obratlovců)

b) metaboličtí konformeři (většina bezobratlých a někteří vodní obratlovci)

- intenzita metabolismu odpovídá dostupnosti O2 z prostředí


Recommended